Grafik
Grafik
IGN*Geologisk Museum*Institut for Geoscience*GEUS
Om centret
Publikationer og geofakta
Kurser
Projekter
 Til forsiden > Publikationer og geofakta > Geoviden > Geoviden 2006, nr. 4
SitemapUdskriftsvenlig

Geoviden 2006, nr. 4

background image
FORTIDENS
DRIVHUSVERDEN
Indsigt for fremtiden
background image
I
gennem de sidste ca. 550 millioner år
har klimaet på jorden vekslet mellem
lange kølige perioder med frysehus-
klima som nutidens, hvor der er større el-
ler mindre iskapper i de polare områder,
og endnu længere, varme perioder med driv-
husklima. I Kridt-tiden, for 145 til 65 milli-
oner år siden hvor dinosaurerne levede,
var klimaet på jorden meget varmere end i
dag og koncentrationen af kuldioxid i at-
mosfæren var langt højere. Vandstanden i
verdenshavet var endvidere op til 200 m
overs nutidens havspejl.
I løbet af de sidste 20 til 30 år har data
fra iskerner lært os meget om de mekanis-
mer, der styrer klimaet i perioder med
frysehusklima. Hvis man vil lære noget om
forholdene i perioder med drivhusklima,
er det nødvendigt at studere aflejringer fra
tidligere jordperioder. Her har det vist sig,
at specielt lag fra Kridt-tiden kan give os
vigtig information.
Og hvorfor er det så interessant? Der
udledes i dag store mængder kuldioxid til
atmosfæren, og en af følgevirkningerne
er, at kloden bliver varmere. I en ikke alt
for fjern fremtid vil klimaforholdene på
Jorden derfor måske minde om forholdene
i Kridt-tidens drivhusklima. Hvis vi kan
forstå klimaet i Kridt-tiden og de forhold,
der gav ophav til det varme klima, har vi
bedre muligheder for at vurdere fremti-
dens klima.
Temperaturen på Jorden i dag er styret af ind-
strålingen fra solen og strålingsbalancen for Jor-
den, der styres af jordoverfladens beskaffen-
hed og atmosfærens sammensætning. Det er
imidlertid en uhyre vanskelig fysisk-matema-
tisk opgave at beregne jordens fremtidige klima,
da der er fysiske aspekter, som er meget van-
skelige at forudsige - tænk for eksempel på
dannelsen af skyer. Klimamodeller giver derfor
kun et sandsynligt fingerpeg om fremtiden, men
det er usikkert, om de nuværende modeller kan
anvendes til at beregne forholdene i perioder
..............................
2
NR. 4 2006
Fortidens
drivhusverden
Fjelde på sydkysten af Nuussuaq i Vestgrønland med vekslende lag af hvide
sandsten og grå muddersten og kul. Lagene dækkes til dels af basalter.
Fotos: Gunver Krarup Pedersen, Geologisk Institut.
background image
Bodil Lauridsen
...........................................
Projektansat, Østsjællands Museum
(bl@oestmus.dk)
Gunver Krarup Pedersen
...........................................
Lektor, Geologisk Institut
(gunver@geol.ku.dk)
Niels Schovsbo
...........................................
Post doc., GEUS
(nsc@geus.dk)
Lars Stemmerik
...........................................
Professor, GEUS
(ls@geus.dk)
Finn Surlyk
...........................................
Professor, Geologisk Institut
(finns@geol.ku.dk)
Jan Audun Rasmussen
...........................................
Lektor, Geologisk Museum
(janr@snm.ku.dk)
..............................
NR. 4 2006
3
Christian J. Bjerrum
...........................................
Lektor, Geologisk Institut
(christianb@geol.ku.dk)
background image
med drivhusklima. Vi kan imidlertid teste mo-
dellerne ved at sammenligne med geologiske
studier af fortidens klima.
I det følgende ses der på nogle af de meto-
der, man bruger til at rekonstruere fortidens kli-
ma, og atmosfærens indhold af kuldioxid (CO2)
den gang dinosaurerne levede. Derefter fokuse-
res på de processer, man mener styrer indhol-
det af CO2 i atmosfæren over geologiske tids-
rum, det vil sige over flere hundrede tusinde år.
Numerisk modellering af pladetektoniske pro-
cessers indflydelse på kulstofkredsløbet har
været brugt til at vurdere vigtigheden af CO2
som bidragsyder til den såkaldte drivhuseffekt.
Reduceret kosmisk stråling har også været fore-
slået som mulig årsag til det varme klima i Kridt-
tiden. Ved modelberegninger vises det, at kos-
misk stråling ikke kan have været dominerende
for jordens klima, da CO2 indholdet i Kridt-
tidens atmosfære ellers ville være faldet til un-
der halvdelen af det nuværende niveau.
Rekonstruktioner
Geologer besøger nære og fjerne egne for at
indsamle data med henblik på at forstå og ud-
rede klimaet i Kridt-tiden. Det kan for eksempel
være Møns Klint, en kalkgrav i Nordjylland eller
fjelde i Grønland. Der kan indsamles en mang-
foldighed af data fra klinter, råstofgrave eller
fjeldsider, hvor profiler med lag af sand, ler,
kalk eller kridt fra Kridt-tiden kan studeres. Da-
ta fra blotlagte lag kan suppleres med data fra
videnskabelige boringer gennem lagene, og
med analyser i laboratoriet. Vi skal her se på et
udvalg af de metoder, som geologer anvender,
når de udforsker fortidens klima.
Planter og temperatur
Allerede i slutningen af 1800-tallet blev der gen-
nemført en række ekspeditioner til det vestlige
Grønland, hvor der blev fundet fossiler fra Kridt-
tids lag. Geologerne fandt aftryk af blade fra pla-
tan-lignende træer og sågar fra brødfrugt-træer.
Aftrykkene blev fundet i lag, der i dag er omgi-
vet af sne og is. Forbløffelsen var stor, da for-
skerne vidste, at disse træer i dag vokser i om-
råder med tempereret og subtropisk klima, og
altså kræver meget varmere forhold end det nu-
værende arktiske klima i Grønland. At der havde
hersket varmt tempererede til subtropiske for-
hold i Grønland i Kridt-tiden var svært at forstå,
specielt set i lyset af, at kontinentaldrift først
blev foreslået i 1926 af tyskeren Alfred Wegener.
Viden om sammenhængen mellem klima og
plantevækst er vokset betydeligt siden de tidlige
undersøgelser af den grønlandske Kridt-tids flo-
ra. For eksempel har studier af nutidens planter
vist, at der er en sammenhæng mellem den årlige
middeltemperatur i et område og forholdet mel-
lem plantearter med helrandede blade og fligede
blade. Dette forhold er specielt udtalt for blade
fra dækfrøede træer og buske. Det ser ud til, at
sammenhængen mellem klima og bladformer i
nutiden er fysiologisk bestemt. Tilsvarende for-
hold formodes at have været gældende i Kridt-
tiden, og derfor er undersøgelser af blades rand
blevet brugt til at fastlægge temperaturen i
Kridt-tiden.
..............................
4
NR. 4 2006
Indsamling af kridt prøver fra Møns klint.
Fotos: Bodil Lauridsen, Østsjællands Museum.
background image
Blade og temperaturer
Formen på træer og buskes bladrand kan anven-
des til at rekonstruere fortidens temperaturer. Al-
lerede i 1915 gjorde Irving Bailey og Edmund Sin-
nott en udsædvanlig observation på basis af
bladsamlinger fra hele Jorden. De fandt at der var
en sammenhæng mellem et områdes klima og an-
tallet af plantearter med helrandede blade, det vil
sige blade uden takker eller indsnit. For en del år
siden viste Jack Wolfe, at der er en sammenhæng
mellem andelen af helrandede blade og den årlige
middeltemperatur. Denne sammenhæng kan bru-
ges til at fastlægge fortidens temperaturer i et gi-
vet område.
Grunden til sammenhængen mellem tempera-
tur og bladrand er dog ikke fuldstændig klarlagt på
trods af mere end 30 års forskning. For nyligt er det
blevet påvist gennem forsøg, at en takket blad-
rand har et øget optag af kulstof og lettere leder
vand væk end blade med hel rand. Takkede blade
har en større transpiration og fotosyntetisk aktivi-
tet tidligt i vækstsæsonen, hvor temperaturen er
den begrænsende faktor i kølige områder. I var-
mere klimaer, hvor potentialet for plantevækst er
større, og temperatur ikke er en begrænsende fak-
tor, er der ingen fordel ved en takket bladrand.
Desuden har takkede blade et større potentielt
vandtab. Derfor kla-
rer planter med tak-
kede blade sig dårlige-
re i varme klimaer.
Da sammenhængen
mellem klima og
bladrand er fysio-
logiskbestemt gæl-
der relationen høj-
st sandsynligt og-
så helt tilbage til
dengang tokimbla-
dede dækfrøede træer
og buske opstod.
Hvis vi ønsker at bru-
ge metoden i et givent om-
råde eller geologisk lagfølge,
indsamles så mange som muligt for-
skellige bladtyper fra træer og buske. De
forskellige bladtyper, der kan skelnes fra hin-
anden udfra bladrandens form, takkernes form og
forløbet af strenge i bladet optælles. Dernæst op-
tælles antallet af helrandede bladtyper. Andelen
af helrandede bladtyper ud af det totale antal ty-
per afspejler temperaturen, der kan aflæses fra
den etablerede sammenhæng.
Vi kan se, at der er en vis
spredning af datapunkterne.
Desuden kan man altid kun finde et begrænset an-
tal fossile blade. Man må derfor spørge hvor sikker
temperaturestimatet af fortiden temperatur er?
Statistiske analyser, som dem der kan laves i
forbindelse med møntkast - plat eller krone, kan
anvendes på bladene da de enten har en hel rand
eller ikke. Man kan derfor vurdere den typiske
usikkerhed, der er knyttet til indsamlingen af blad-
typer eller fossiler, hvis der ikke er samlet et uen-
deligt antal bladtyper. Usikkerheden for den givne
relation mellem temperatur og andelen af helran-
dede blade vil være ±2-3°C, hvis der samles 30
bladformer, mens den vil være ±3-4°C for 15 blad-
former. Denne usikkerhed skal man lægge til usik-
kerheden på kurven, som er omkring 2°C. Indsam-
linger af fossile blade har dog i praksis vist, at
usikkerhedden nok er noget større. Man vil derfor
højst sandsynligt kun kunne fastlægge temperatu-
ren inden for ±6°C, hvis man er ihærdig nok med at
samle fossile blade. Det er dog ikke er så dårligt,
når man tager i betragtning, at metoden kan bru-
ges på fossiler, der er millioner af år gamle.
Temperatur som funktion af antal bladarter med helrand i forhold til det
totale antal bladarter i uberørte skove fra hele Jorden i dag. På basis af
den gode korrelation kan man rekonstruerer fortidens temperatur ved
at tælle forssile bladarter på en geologisk lokalitet.
Kilde: CLAMP data-basen.
Blade fra danske træer og buske.
..............................
NR. 4 2006
5
Fortsættes på side 8
Helrandet blad fra stuebirk og blad af birk med takket bla-
drand (ikke helrandet blad). Stuebirken der er i tæt relate-
ret til figen-planten, vokser ikke vildt i Danmark. Helran-
dende blade fra oprindelig naturlige træer i Danmark er
yderst sjældne.
background image
Aflejringer i Vestgrønland
I Vestgrønland finder man plantefossiler i en
mindst 2 km tyk serie af lag fra Kridt-tiden og
Paleocæn. I Vestgrønland blev der ikke aflejret
skrivekridt som i Danmark, men derimod sedi-
menter så som sand, mudder og tørv, der i dag
er omdannet til sandsten, muddersten og kul-
lag. Sedimenterne ses i kløfter og langs kysten,
og det er tydeligt, at vekslen i lagene følger et
mønster, som gentages. Sedimenterne blev af-
lejret i et stort delta.
Hvad er et delta ?
Et delta er et aflejringsområde for sand og ler,
hvor en flod eller flere floder udmunder i havet.
Aflejring i deltaer sker dels på deltasletten, den
del af deltaet, som er på land om end ofte med
store vådområder, og deltafronten, som er
vanddækket.
Deltafronten skråner mod havbunden læn-
gere fra kysten og kan være domineret af tilfør-
sel med floder, eller kan være udformet af bølge-
eller tidevandsprocesser. Deltasletten gennem-
skæres af forgrenede flodløb, og omfatter sum-
pe, søer, bugter og evt. højtliggende tidevands-
flader. De fleste deltasletter har et
meget lavt relief, hvor højdeforskelle
måles i centimeter snarere end i me-
ter. De ligger meget nær havniveau,
udsat for hyppige oversvømmelser
fra floder og havet.
Deltaer er dynamiske aflej-
ringssystemer, som i nogle pe-
rioder er under udbygning og i
andre er under drukning. Når
deltaet bygger ud flyttes kyst-
linien bassinværts ved at
der sker aflejring på delta-
fronten: sand på lav vand-
dybde og silt og mudder
længere ude. Derved dannes nye landområder,
som hyppigt består af sumpe og lavvandede
søer gennemskåret af mindre flodløb. I et varmt
klima vil der her være ideelle betingelser for en
frodig plantevækst.
Deltaer er ikke under konstant udbygning,
men er i perioder under drukning fordi indsynk-
ning og kompaktion af lagene sammen med
evt. stigende havniveau skaber plads til sedi-
menter hurtigere end der på deltasletten dan-
nes tørv eller aflejres sand og mudder fra flo-
dens oversvømmelser. Gentagne udbygnings-
og drukningsfaser, som afløser hinanden inden-
for en tidsramme på 10.000 til 100.000 år, re-
sulterer i cykliske deltaaflejringer. Detaljerne i
en sådan cyklisk aflejring i et delta fra Kridttiden
kan ses i en stejl kystklint på nordkysten af Disko.
Deltakompleks
De enkelte lag i klinten på Disko kan henføres til
bestemte aflejringsmiljøer. Drukningsfladerne
er markeret med blåt. Over dem ser man mørke-
grå mudderaflejringer, aflejret i havet på relativt
dybt vand på den mest kystfjerne del af delta-
fronten. Efterhånden som deltaet byggede ud
blev mudderet overlejret af mere kystnært sand.
Nogle steder kan man se, at floden har eroderet
sig ned i deltafrontens aflejringer. Det viser, at
geografien nu var ændret, således at aflejringen
skete på deltasletten, hvor der fandtes søer,
sumpe og floder. Her aflejredes tørv og mud-
der. På et tidspunkt bredte havet sig atter ind
over deltaet. I de fleste tilfælde eroderede bøl-
gerne i de øverste lag af deltasletten og nogle
steder er disse helt fjernet. Den marine ero-
sionsflade dannet under transgressionen er
trukket op med en gul streg. Over den marine
erosionsflade ser man lag af sandsten aflejret
på stadig stigende dybde.
Model over et delta med deltafront og deltaslette med
floder. Forsiden viser lagenes rækkefølge i en stejl, høj
og meget lang klint. For at vise hele deltaet er den lod-
rette skala overdrevet i forhold til den vandrette, og
derfor hælder lagene mere på tegningen end de gør i
virkeligheden.
Illustration: Stefan Sølberg, GEUS.
..............................
6
NR. 4 2006
background image
Fotos: Gunver Krarup Pedersen, Geologisk Institut.
..............................
NR. 4 2006
7
Cyklus af udbygning og drukning af et delta. Drukningen kulminerer med drukningsfladen
(blå). Denne overlejres af muddersten og sandsten aflejret under udbygningen, som afsluttes
af den marine erosionsflade (gul).
Lodret kystklint på nordkysten af Disko med vekslende lag af sandsten og mudder-
sten fra Kridt-tiden. Lagene var oprindeligt horisontale, men hælder nu mod øst på
grund af senere bevægelser i jordskorpen.
background image
Fossile blade fra Disko
De blade der blev fundet omkring 1880, stam-
mer fra udstrakte deltaaflejringer fra Kridt-
tiden. Lagene kan studeres i bjergskråninger
langs kysterne af øen Disko i det centrale Vest-
grønland. Senere undersøgelser af Kridt-tids la-
gene har vist, at der er 20 arter med helrandede
blade ud af de 87 arter, som floraen består af og
23% af bladene er således helrandede. Ved at
aflæse en kurve, der er konstrueret på basis af
undersøgelser af nutidige skove finder man, at
den årlige middeltemperatur på Disko var om-
kring 9°C i Kridt-tiden. Dette er ikke mindre end
omkring 13°C højere end den nuværende årlige
middeltemperatur, der har svinget mellem -2
og -9°C for perioden fra 1873 til 2004. Til sam-
menligning er den årlige gennemsnitstempera-
tur i Danmark 7,5-8°C.
Analyser af lidt yngre, 65-55 millioner år
gamle Paleocæne aflejringer i Vestgrønland giver
temperaturer på omkring 13°C. Analyser af bla-
de fra Kridt-tiden fundet i det nordlige Alaska og
Rusland viser årlige middeltemperaturer i disse
områder på 9 til 12°C, og at den koldeste måned
havde en middeltemperatur på ca. 5°C. Obser-
vationerne fra Kridt-lagene i Grønland stemmer
således overens med data fra andre områder på
høje nordlige breddegrader, der alle viser me-
get højere temperaturer end de nutidige. Hvor-
dan kan det forklares?
Den mest oplagte forklaring ville være konti-
nentaldrift, således at Grønland er drevet nord-
på siden Kridt-tiden. Men kontinentaldrift kan
kun forklare en lille del af temperaturforskellen.
I Kridt-tiden lå Disko øen og resten af Grønland
ca. 10° længere mod syd end i dag. En anden
forklaring på det varmere klima kunne være, at
der var en større mængde drivhusgasser eller,
som foreslået fornyligt, at der var en højere sol-
indstråling i Kridt-tiden som resultat af lavere
kosmisk ståling. Endelig kan det også tænkes,
at der er noget galt med den metode, der er
brugt til at fastlægge temperaturen. Ved at bruge
andre geologiske metoder kan man se, om det
sidste er tilfældet.
..............................
8
NR. 4 2006
Flora fra Kridt og Paleocæn
De fleste plantefossiler er fundet i muddersten,
kullag og sandsten aflejret i floder, søer, sumpe
og deltaer. Mudder på en søbund kan bevare
bladene som perfekte aftryk. Tørv, som udsæt-
tes for sammenpresning fra vægten af de over-
liggende lag, omdannes til brunkul og senere til
stenkul. Forstenet træ kan blive imprægneret
med kisel (SiO2) og derved blive så hårdt, at det
beholder sin oprindelige form med velbevarede
årringe.
I Paleocæn (ca. 65-55 millioner år før nu) lå
Nuussuaq-bassinet på ca. 63° nordlig bredde.
De fossile blade stammer fra både nåletræer og
løvtræer og de udgør en stærk kontrast til det
nuværende, træløse arktiske landskab. Træerne
omfatter slægter som kendes fra nutidige haver
i Danmark, så som ginkgo, vandgran, eg, pla-
tan, hassel, hjertetræ og valnød, som peger på
et varmt tempereret klima. Dette støttes af fund
af palmefrø. Helrandede blade udgør 37% af
floraen, hvilket svarer til en temperatur på 13°C.
19% af bladene har drypspids, som i dag er al-
mindelig i tropiske regnskove men ualmindelig
i tempererede skove.
Forstenet træstamme. Den oprindelige form er be-
varet fordi hulrummene mellem cellevæggene i
træet er blevet fyldt ud med kisel. Fundet på syd-
kysten af Nuussuaq i Vestgrønland.
Blad af brødfrugt fundet i Kridt-tids lag i Vestgrønland.
Bladet er 25 cm lang.
Brødfrugttræer vokser i områder med tropisk
eller subtropisk klima.
Blad af platan-lignende plante
fundet i Kridt-tids lag i Vestgrøn-
land. Bladet er 14 cm langt.
Foto: Gunver Krarup Pedersen, Geologisk Institut.
Fotos: Steen Lennart Jakobsen, Geologisk Museum.
Kilde: U.S. Geological Survey.
background image
Fossiler fra Danmark
Ved at studere lag, der indeholder fossiler af
kalkskallede dyr, kan man indsamle yderligere
information, som kan bruges til at udrede tem-
peraturen i Kridt-tiden. Ved nænsomt at nedbry-
de skrivekridt fra Danmark finder man, at det
indeholder en stor mængde små fossiler. Nogle
af de fossiler der findes, har ingen klimatisk be-
tydning. Men de kan alligevel være meget vig-
tige, fordi de er med til at datere lagene. For ek-
sempel viser tilstedeværelse af brachiopoden
Meonia semiglobularis og muslingen Oxytoma
danica i lag på Møn, at disse lag tilhører den
geologiske tidsperiode øvre Maastrichtian.
Blandt de andre fossiler, der findes i kridt-
lagene, er tænder fra en havkrokodille måske
dem, der siger mest om temperaturforholdene.
Nulevende krokodiller foretrækker vandtempe-
raturer mellem 25°C og 35°C. Tilmed lever kroko-
diller kun vildt i områder, hvor middeltempera-
turen for årets koldeste måned ikke falder
under 5°C. Dette svarer til områder med en årlig
middeltemperatur på ca. 14°C. Fund af tænder
fra en fossil slægtning til nutidens havkrokodille
i aflejringer fra Danien perioden, der er en anelse
yngre end de yngste Kridtlag i fx Faxe Kalkbrud,
tyder på, at havvandet må have været betydelig
varmere end i dag. Fund af havkrokodiller fra
Kridt-tiden på 70°N palæobreddegrad fra Axel
Heilberg Island i det nordligste Canada er end-
nu mere tankevækkende.
Kranium af Thoracosaurus scanicus, et havkrokodille-lignende dyr fra lag i Skåne med en alder på ca. 60 millioner år.
Tænderne i undermundskæben ses tydeligt.
Foto: Gustaf Troedsson 1924 .
Fordelingen af land og hav i Kridt-tiden, for ca. 70 millioner år siden. De lyseblå lavvandede havområder havde en stor udbredelse i Kridttiden på grund af højt havniveau,
som delvist var forårsaget at manglende isdækker i de polarer egne. Danmark og Grønland lå ca. 10 breddegrader længere mod syd end i dag, hvilket dog ikke alene kan for-
klare de høje temperaturer geologiske klimaindikatorer peger på. De røde firkanter angiver Disko og Nordsøen/Danmark.
.............................
NR. 4 2006
9
Tand af Thoracosaurus, en slægtning til den nulevende havkrokodille. Fore-
komsten af Thoracosaurus viser, at der har været betydeligere varmere i ha-
vet omkring Danmark kort tid efter Kridt-tiden. Hvis Thoracosaurus har haft
den samme metabolisme som krokodiller i dag, ville den gennemsnitlige
temperatur have været over 15°C. Tanden er 19 mm lang og den er udstillet
på Østsjællands Museum tæt ved findestedet i Fakse Kalkbrud.
Kilde: Ron Blakey.
Foto: L. Rasmussen.
background image
..............................
10
NR. 4 2006
Kridtfossilernes kogebog -
vejen til hundredvis af små
fossiler
Denne metode blev udviklet af Steinich og Sur-
lyk i begyndelsen af 70'erne og giver et fremra-
gende materiale af små fossiler, der ikke umid-
delbart kan ses i kridtet
Materialer
En tør kridtprøve (ca.1 kg)
En beholder til brug i mikroovn
Vand
Glaubersalt (kan købes i Matas og helsekost-
forretninger)
Grydeske
Finmasket si, gerne med en maskestørrelse på
omkring 1 mm
Mikroskop eller lup
Fryser
Komfur eller mikroovn
Tilberedningstid:
15-20 minutter/prøve/dag i 8 til 10 arbejdsdage
afhængig af prøvens størrelse.
Fremgangsmåde
Den indsamlede prøve knuses forsigtigt ned i
fragmenter på størrelse med golfbolde. Der-
efter tørres prøven et varmt og tørt sted i 1-2
uger. Glaubersalt (natriumsulfat) tilsættes i
håndvarmt vand indtil der ikke kan opløses me-
re - pluds lidt mere, idet opløsningen skal være
overmættet. Dette svarer til omkring 50 g pr. liter.
Blandingen hældes over kridtprøven og prøven
nedfryses direkte i beholderen. Det er muligt at
foretage nedbrydningen af kalkprøven uden
brug af glaubersalt, men det tager væsentlig
længere tid og resultatet bliver ikke så godt.
Den frosne prøve varmes langsomt op til
omkring 40°C enten i mikroovn eller på kom-
furet. Prøven må ikke koge. Man skal være var-
som med at røre alt for kraftigt, da det kan være
skadeligt for de skrøbelige fossiler. Når hele
prøven er nedbrudt til en tyk kridtgrød og løse
fossiler kan erkendes, skylles blandingen for-
sigtig gennem en si med rent vand. Dette arbej-
de kan med fordel gøres udenfor da det sviner
og tilstopper afløb. En normal skrivekridtprøve
vil være klar til sigtning efter omkring 15 fryse-
koge cykluser. I sigtningen bortskylles kridt-
mudderet, der primært består af meget små mi-
krofossiler, som ikke kan ses med det blotte
øje. Tilbage i sigten ligger nu en stor mængde
millimeter store velbevarede fossiler. Skrivekridt
fra Møn består af ca. 90% kalkmudder, mens
resten er små fossiler. Bryozokalk fra Stevns
Klint indeholder mindre end 40% kalkmudder
og giver derfor et stort udbytte af små fossiler. I
bryozokalk vil der typisk være brachiopoder,
muslinger, søpindsvin, bryozoer, svampe og kalk-
rørsorme. Hvis sien er finmasket nok, 0,5 mm,
vil der også være små bentiske foraminiferer.
Fossilerne bruges til både datering og tolk-
ning af miljøet i havet på aflejringstidspunktet.
Nogle fossiler levede i stort antal i relativ korte
tidsrum og kan derfor bruges som ledefossiler
til relativ datering (fx
Oxytoma danica og Meo-
nia semiglobularis). Nogle fossiler har en skal-
form, der vidner om at de levede på blød bund
(fx
Terebratulina gracilis). Andre brachiopoder
har stilkhuller, der viser, at de har været fast-
siddende med en relativ kort tyk stilk (fx
Argy-
rotheca hirundo). Nogle af fossilerne, hvis leve-
vis man kender, er blevet kemisk analyseret for
iltisotoper og man har derigennem fastlagt tem-
peraturen i det vand, de levede i.
Billedet viser prøve af skrivekridt.
Fotos: Peter Warna-Moors, GEUS.
background image
A) Glas med små fossiler.
B) Stilkled af sølilje.
C) Pigge af søpindsvin.
D) Tesebratulina (brachidpod).
E) Meonia (brachiopod).
F) Fragmenter af østersskaller.
G) Bryozoer.
H) Porasphaera (dyrisk svamp).
Målestokkene svarer til 1 mm.
.............................
NR. 4 2006
11
B)
C)
D)
E)
F)
G)
A)
H)
Fotos: Peter Warna-Moors, GEUS.
background image
..............................
12
NR. 4 2006
Temperaturer og isotoper
Kalkskaller fra forskellige organismer kan ana-
lyseres kemisk for at beregne temperaturen i
havvandet på den tid, da skallen blev dannet. I
det følgende introduceres isotoper og derefter
ligevægten af kemiske reaktioner, inden tem-
peraturen tages på Kridthavet.
Næsten alle ilt-atomer på Jorden har 8 pro-
toner og 8 neutroner og dermed en atomvægt
på 16. Der er imidlertid 0,2% af atomerne, der
har 10 neutroner og dermed en atomvægt på
18. Det vil sige, at der findes to iltisotoper, 16O
og 18O. Da massen af 18O er større end massen
af 16O, opfører 18O isotopen sig en anelse an-
derledes i kemiske reaktioner. Men hvilken ind-
flydelse har havvandets temperaturer på 18O i
forhold til 16O i kalk?
Når kalk (calciumkarbonat, CaCO3) udfæl-
des i vand, sker det i isotopmæssig ligevægt
med havvand. Simplificeret kan det skrives:
Som for de fleste kemiske reaktioner er den
isotopmæssige ligevægt afhængig af tempera-
turen. Ved højere temperaturer forskydes lige-
vægten mod venstre. Det vil sige jo højere tem-
peraturen er, jo mindre forskel er der i isotop-
forholdene, og jo mindre 18O er der i kalken,
svarende til lavere
18O værdier. 18O/16OFor-
holdet i vand eller kalk udtrykkes som en afvi-
gelse fra en international standard og skrives
18O.
Som det fremgår af ligevægtsreaktionen, vil
18O/16OForholdet i den kalk, der dannes, være
afhængig af havvandets 18O/16OForhold. Den
større masse af H218O resulterer i, at H218O ik-
ke fordamper så let som H216O. Dette bevirker,
at vand beriges i 18O i forhold til 16O, mens
damp, nedbør og endelig is forarmes i
18
O i for-
hold til 16O. Som et resultat følger
18O værdien
i havet det hydrologiske kredsløb og volumenet
af isdækker til et givent tidspunkt.
18O-hav-
vand er således tilnærmelsesvis proportional
med saliniteten.
Organismer indbygger forskellige mængder
18O i deres kalkskelet. Det er derfor vigtigt at
studere organismer, der lever i dag, for at kunne
fastlægge
18O-kalk værdierne i deres skelet,
men man kan også udfælde kalk uorganisk i la-
boratoriet for at fastlæge
18O-kalk i relation til
temperaturen. Foraminiferer, der lever ved for-
skellige temperaturer på forskellige dybder i dag
er blevet indsamlet på en række ekspeditioner.
Relationen mellem temperatur og foraminifere-
nes
18O-kalk mimus det omgivende vand
18O-vand er næsten den samme, som man
kan etablere ved at udfælde kalk i laboratoriet.
Ved kemiske analyser af kalk i fossile skaller
beregnes havvandets temperatur i fortiden un-
der forudsætning af, at man kan bestemme ha-
vets saltholdighed. Fra studier af lag af kul i
Grønland og fossile blade er der tegn på, at Ind-
landisen ikke eksisterede i Kridt-tiden. Tilsva-
rende ved man, at der var ingen eller kun meget
lidt is i Antarktis. Havet var derfor mindre salt
end i dag og havde højst sandsynligt en salini-
tet på 33 i gennemsnit. Studier af skrivekrid-
tet i Danmark tyder på, at det blev aflejret i et
hav med tilsvarende salinitet.
Hvor varmt var kridthavet ?
Det er et af de mange spørgsmål, som Creta-
ceous Research Centre forsøger at besvare ved
hjælp af de to kerneboringer på Stevns. Mere
en 80% af skrivekridtet i Danmark blev dannet
af mikroskopiske organismer, der levede ved
fotosyntese i de øvre vandmasser. Lignende or-
ganismer lever i dag. Kemiske analyser af krid-
tet giver i gennemsnit
18O-kalk værdier om-
kring -1,4. Hvis det antages, at havvandet
havde en salinitet på 33, svarende til en iso-
topværdi af havvand på -1, finder man, at
temperaturen nær overfladen af havet i Dan-
mark var 18°C. Denne temperatur fremkommer
ved at beregne forskellen mellem kalkens og
havvandets isotopværdier og derefter aflæse
temperaturen i den eksperimentelt etablerede
relation mellem temperatur og forskellen mel-
lem isotopværdierne af havvand og kalk. Usik-
kerhederne i de kemiske analyser og antagelser
betyder, at der nok er en usikkerhed på ±4 gra-
der. På trods af denne usikkerhed er den bereg-
nede temperatur på 14-22°C betydeligt højere
end i nutididen, hvor overfladevandet kun i
sommermånederne når op på 16°C i de indre
danske farvande.
Temperaturen som funktion af forskellen mellem δ18O værdien af kalk og hav-
vand. Symbolerne angiver data fra forskellige foraminifér-arter med forskellige
levesteder. Den tykke linje er etableret på basis af uorganisk udfældet kalk i la-
boratoriet. Hvis man kan måle og estimerer
δ18O i henholdsvis kalk og sam-
tidigt havvand kan man aflæse havets temperatur i vækstsæsonen.
Illustration: Christian J. Bjerrum, Geologisk Institut.
background image
.............................
NR. 4 2006
13
δ18O værdier fra analyser af to kerneboringer på Stevns. Den blå linje er en midlet kurve. δ18O er omregnet til
temperaturer (grøn kurve) ved at antage, at havvand havde en
δ18O værdi på -1 0/00. Havets surhed (pH) var
sandsynligvis 0,5 enheder lavere i Kridt end i dag, hvilket gør, at temperaturen ville have været højere end vo-
res estimat (rød kurve).
Opmåling og beskrivelse af borekerne fra Stevns
i Cretaceous Research Centre.
Udtagning af prøver til geokemiske analyser.
Fotos: Peter Warna-Moors, GEUS.
Illustration: Christian J. Bjerrum, Geologisk Institut.
background image
Temperaturer fra isotoper
De små skaller af brachiopoder og foraminiferer
i skrivekridtet, eller skaller af kalkskallede alger
kan også bruges til at bestemme havvandets tem-
peratur. For at gøre dette analyserer man den ke-
miske sammensætning af kalkskallerne, specielt
iltatomerne i skallernes kalk (CaCO3) for forhol-
det mellem den sjældne 18O isotop og den al-
mindelige 16O isotop. Dette forhold er afhængigt
af temperaturen, således at 18O/16OForholdet i
kalk stiger, når havvandets temperatur falder.
Som beskrevet før er det at omsætte de mål-
te isotopforhold til temperaturer, da isotopfor-
holdet i kalken også afhænger af vandets iso-
topforhold, der følger dets saltholdighed. Der
kan dog laves en række antagelser ud fra, hvad
man ellers ved om Kridt-tiden. For eksempel
ved man fra studier af lagene i Grønland, at der
ikke var isdækker i de polare områder. Havet var
derfor mindre salt end i dag, hvis det antages,
at mængden af H2O (vand + is + damp) på Jor-
den er konstant. Studier af antallet af forskel-
lige dyrearter og skaltykkelser af forskellige dyr
kan også give en idé om, hvor salt havet i aflej-
ringsmiljøet har været.
Iltisotopforholdet i kalken viser altså, at tem-
peraturen var omkring 18°C i Kridt-havets øvre
vandmasser. Ved tilsvarende analyser af skaller
fra foraminiferer, der levede nær havoverfladen
i det engelske område finder man, at tempera-
turen var 16-22°C. Det tyder altså på betydeligt
højere temperaturer i Kridt-tiden i Nordvesteu-
ropa end i dag og understøtter således de grøn-
landske temperaturberegninger foretaget på
grundlag af de fossile blade.
Analyser af forholdet mellem 18O og 16OFor
hver meter i to borekerner gennem lag af skrive-
kridt fra Stevns viser variationen i havvandets
temperatur igennem de sidste cirka 11 millioner
år af Kridt-tiden, fra 76 til 65 millioner år siden.
Kurven viser, at temperaturen af overfladevan-
det i det danske Kridt-hav varierede mellem ca.
16 og 21°C og måske helt op til 24°C. Dette er
betydeligt højere end i dag, hvor det kun er i
sommermånederne, at overfladevandet i de in-
dre danske farvande når op på 16°C. De bereg-
nede temperaturer i Kridt-havet svarer nogen-
lunde til den nutidige vandtemperatur i over-
fladen af havet langs Australiens sydkyst. I dette
område aflejres der i dag sedimenter af samme
type, som det danske skrivekridt.
Temperaturændringer havde betydning for
dyre- og plantelivet i havene. Sammensætningen
af foraminifér-faunaen ændrede sig i løbet af
Kridt-tiden. Visse arter af varmekrævende for-
aminiferer, der ellers kun levede i det sydlige
Europa bevægede sig i korte tidsperioder helt
op til det danske område. Mulige årsager kunne
være kortvarige perioder med globalt øget tem-
peratur, kortvarige ændringer i vind og hav-
strømme eller en kombination af disse faktorer.
Temperaturændringer der kan aflæses af
borekernerne fra Stevns, kan både være af lokal
karakter eller afspejle globale fænomener. Ved
at sammenstille forskellige klimaindikatorer kan
man se, hvordan temperaturen fordelte sig glo-
balt i Kridt-tiden. Der er en rimelig overens-
stemmelsen mellem de rekonstruerede tempe-
raturer i et givet område og områdets bredde-
grad i Kridt-tiden. Ved at inddrage forskellige
uafhængige geologiske klimaindikatorer er der
ikke megen tvivl om, at klimaet i Kridt-tiden var
varmere end i dag, med en årlig middeltempe-
ratur på ca. 10°C i det arktiske område og dyb-
havet, hvilket er 20°C varmere end i dag. I de
tropiske områder var temperaturen i overflade-
vandet ca. 5 til 10°C højere end i dag.
Forskellige geologiske klimaindikatorer giver
Foraminiferer
Skrivekridtet udgøres næsten udelukkende af
fossile skaller og skalfragmenter fra de kalk-
skallede organismer, der levede i havet. Langt
størstedelen af skrivekridtet - op til over 70% -
består af mikroskopiske kokkolitfragmenter,
mens foraminiferer, bryozoer og andre større
skalbærende fossiler repræsenterer en langt
mindre del.
Foraminifererne er encellede organismer.
De fleste af skrivekridtets individer levede frit-
svævende i vandmasserne og var således plank-
toniske, mens en mindre del var bentiske og le-
vede på havbunden. Typisk var de mindre end 1
mm i diameter, og de planktoniske arter var of-
te mindre end 0,25 mm.
Foraminiferer er velegnede til at fortælle om
fortidens miljø- og klimamæssige forhold. Mange
arter er afhængige af særlige miljøbetingelser.
For eksempel findes nutidens store, planktoniske
foraminiferer med en køl kun i områder med hav-
vand med temperaturer over 5°C. Det har også
vist sig, at fordelingen af mange af de forskel-
lige grupper af planktoniske foraminiferer er
knyttet til havstrømme og temperaturforhold.
Dette kan anvendes til tolkning af fortidens
klimaforhold. Et studie af planktoniske forami-
niferer fra den øvre del af skrivekridtlagene i
Nordsø-regionen har vist, at foraminifersel-
skaberne var domineret af planktoniske former
af slægten
Heterohelix. I lag fra den øverste del
Kridtiden kan der imidlertid iagttages tre til fire
pludselige faunaskift. Faunaskiftene ses som
markante, men kortvarige, indvandringer af den
planktoniske foraminifer
Pseudotextularia ele-
gans, der ellers mest er kendt fra det varmere
Tethyshav i syd. Indvandringen kan måske
være tegn på, at kridthavet i denne periode blev
genstand for flere kortvarige klimaskift, eller
kortvarige skift i havstrømme, hvor pulser af
varmere havvand nåede det danske område.
..............................
14
NR. 4 2006
B) Bentisk foraminifer med torpedoformet
kalkskal - en gravende type. Længde 0,2 mm.
A) Bentisk foraminifer med planokonveks
kalkskal - almindelig på havbunden under
veliltede forhold. Længde 0,2 mm.
Fotos: Jan Audun, Geologisk Museum.
background image
altså et konsistent billede af temperaturen i
Kridt-tiden. Men hvad var årsagen til de høje
temperaturer? Kan vi forklare, at temperaturen i
dybhavet har aftaget siden Kridt-tiden til tem-
peraturer mellem 1 og 4°C i dag? En mulig for-
klaring på Kridt-klimaet er en større mængde
CO2 i atmosfæren som drivhusgas.
CO
2
indhold
i Kridt-tidens atmosfære
CO2 indholdet i fortidens atmosfære kan til en
vis grad rekonstrueres. Blade fra træer er igen
interessante og nyttige, fordi de optager CO2 fra
atmosfæren via spalteåbninger på undersiden.
Forsøg med forskellige planter har vist, at antal-
let af spalteåbninger i forhold til almindelige
bladceller er omvendt proportional med kon-
centrationen af CO2 i luften. Dette kan forstås
ved at tænke på, at en højere CO2 koncentra-
tion giver større transport af CO2 per spalte-
åbning. For planten kræver det energi og næring
at lave spalteåbninger, hvorfor de søger at re-
ducere antallet af spalteåbninger til det optimale
for det givne CO2 indhold i luften.
Antallet at spalteåbninger på fossile blade
fra ginkgo (tempeltræ) viser, at CO2 koncentra-
tionen i Kridt-tiden var ca. 4-5 gange og til tider
op til 7 gange så stor som i dag.
Den observerede variation i CO2 koncentra-
tionen i atmosfæren er tæt knyttet til pladetek-
toniske processer såsom dannelse og nedbryd-
ning af bjergkæder.
Kulstofkredsløbet
I det følgende ses der på de processer, der sty-
rer indholdet af kuldioxid i atmosfæren over år-
millioner. Kan disse processer forklare tempera-
turfaldet på Jorden siden Kridt-tiden? Vi skal se
på kulstofkredsløbet siden den store istid for cirka
300 millioner år siden og frem til sidste istid.
Aktive vulkaner udsender CO2 til atmos-
færen, som bliver brugt af planter i deres foto-
syntese. Desuden optages CO2 i oceanerne.
Men CO2 forbruges også gennem kemisk ned-
brydning af bjergarter (se side 19). Nedbryd-
ningsprodukterne transporteres ud i havet, hvor
dele af kulstoffet bliver udfældet som kalk. Pul-
jen af CO2 i planter, jordbund og oceanerne er
meget lille sammenlignet med den mængde
CO2, der findes i kalksten og som organisk kul-
stof i sandsten, lersten og kul. Stoftransporten
af CO2 til kalksten og organisk kulstof i sedi-
menter er også meget lille sammenlignet med
stoftransporten af CO2 til og fra planter, jord-
.
............................
NR. 4 2006
15
Temperaturrekonstruktioner for forskellige breddegrader baseret på geologiske informationer sammenlignet med
et temperaturprofil beregnet med en simpel klima model. De tOFuldt optrukne kurver er fra en simpel klimamodel
med 1 og 4 x 280 ppm CO2 (ppm: parts per million). Temperaturprofil fra en tre-dimensional ocean-atmosfære mo-
del med 560 ppmv CO2 er vist med stiplet kurve. Temperaturrekonstruktionerne (med usikkerhed) er baseret på fos-
sile kalkrev (stjerne), bladmateriale (kvadrat), havkrokodillefossiler (diamant) og isotopforholdet i fossile plank-
toniske foraminiferer (cirkler). Modelberegningerne underestimerer temperaturen på høje breddegrader.
Temperatur i dybhavet og på høje breddegrader over de sidste 110 millioner år af Jordens historie. Den fuldt op-
trukne kurve er baseret på forholdet mellem 18O og 16O i kalkfossiler af bundlevende foraminiferer fra dybhavet.
Den stiplede kurve er baseret på Mg/Ca forholdet i bundlevende foraminiferer. I Kridttiden var dybhavstempera-
turen 10-16°C, i overensstemmelse med uafhængige temperaturer fra høje breddegrader.
Illustration: Christian J. Bjerrum, Geologisk Institut.
Illustration: Christian J. Bjerrum, Geologisk Institut.
background image
..............................
16
NR. 4 2006
bund og oceanerne hvert år. Men når vi tænker
på Jordens udvikling over millioner af år, så er den
stoftransport, som er knyttet til kalksten og or-
ganisk kulstof i sedimenter afgørende for kul-
stofkredsløbets stabilitet. Der er processer,
som stabiliserer mængden af CO2 i atmosfære-
ocean-biosfære systemet over millioner af år og
derved modvirker ændringer i transporten af CO2
fra vulkaner og andre geologiske kulstofpuljer.
CO2 kan blive oplagret i geologiske lag, i form
af organisk kulstof. Dette kulstof stammer fra
plantemateriale, der har undsluppet bakteriers
nedbrydning. Denne pulje indeholder 20.000
gange mere kulstof, end det der er indeholdt i
atmosfæren i dag. En anden pulje kulstof findes
i kalk i koralrev og i oceanernes bundslam. Kalk
og kalksten i oceanerne og på kontinenterne in-
deholder 50.000 gange så meget kulstof som
atmosfæren. Selvom der foregår en transport af
CO2 fra atmosfæren til disse puljer, er der også
en transport af CO2 fra puljerne til atmosfæren.
Pladetektoniske processer har indflydelse på
dannelse og nedbrydning af bjergkæder, hvil-
ket påvirker størrelsen af kalkstens- og sand-
stens-puljerne. Pladetektoniske processer har
derfor også indflydelse på transporten af CO2 til
kalkstens- og sandstenspuljerne. Over geologiske
tidsrum er det ændringer i den langsomme kemiske
forvitring af silikatrige bjergarter og begravelsen af
organisk kulstofpartikler, der modvirker store
ændringer af CO2 i atmosfæren og oceanerne.
Matematiske modeller af kulstofkredsløbets
massebalance kan hjælpe til at forstå CO2 op-
taget fra atmosfæren ved kemisk forvitring.
Hvad vil der ske med indholdet af CO2 i atmos-
færen og oceanerne, hvis der opstår en ubalance?
For at visualisere dette holdes temperaturen
konstant, hvorved CO2 i atmosfæren forhindres
i at virke som drivhusgas. Hvis den pladetek-
toniske dannelse af bjergkæder forøges med
10%, øges CO2 optaget fra atmosfæren ved
nedbrydning af silikatrige bjergarter. Der går
derfor ikke mere end ca. 2,5 millioner år før at-
mosfæren og oceanerne er tømt for CO2 og al
fotosyntese på jorden stopper. Til trods for at
geologisk kortlægning har vist, at pladetekto-
niske processer har varieret i løbet af de sidste
560 millioner år, har geologer ikke registreret
fotosyntese-kriser af mange millioner års varig-
hed. Disse observationer tyder på, at der må
være en tilbagekobling i kulstofkredsløbet, hvor
en kompenserende proces ændrer CO2 optaget
fra atmosfæren når CO2 koncentrationen i at-
mosfæren falder eller stiger.
Den tilbagekoblende proces blev foreslået
af franskmanden Ebelmen allerede i 1845 på
trods af, at kemiske reaktionsligninger dårligt
var kendte. Ydermere påviste svenskeren Ar-
rhenius først i 1896 at CO2 kunne have indflyd-
else på varmestråling i atmosfæren og dermed
klima. Ebelmen sandsynliggjorde, at kemisk
forvitring af silikatrige bjergarter er et nettod-
ræn af CO2 fra atmosfæren. Arrhenius viste, at
CO2 virker som en drivhusgas, således at Jor-
dens temperatur aftager når CO2 koncentratio-
nen i atmosfæren mindskes. Kombineres dette
med Arrhenius's viden om, at kemiske reaktio-
ner forløber langsommere ved lavere tempera-
turer, er der en tilbagekoblende proceskreds,
der kan stabilisere CO2 i atmosfæren over geo-
logiske tidsrum.
Under øget opløft af bjergkæder vil der være
store mængder bjergarter, der kan forvitre ke-
misk. Derfor øges CO2 optaget og CO2 koncen-
trationen i atmosfæren mindskes. Den lavere
koncentration af drivhusgas fører til, at det bli-
ver koldere. Som et resultat heraf forløber kemi-
ske reaktioner langsommere og en mindre
mængde CO2 bliver optaget via kemisk ned-
brydning af silikat-bjergarter. Når CO2 optaget
er mindsket med den samme mængde, som det
bjergkædeopløftet forøgede optaget, vil der
igen være ligevægt i Jordens kulstofkredsløb.
I den nye ligevægt er CO2 koncentrationen i
atmosfæren kun mindsket en smule i modsæt-
ning til kredsløbet uden tilbagekobling. Tempe-
raturen er en anelse lavere end før bjergkæde-
opløftet. Over kortere geologiske tidsrum kan
CO2 koncentrationen i atmosfæren variere med
ca. 30% på grund af variationer i biosfæren,
havstrømme, næringssaltkredsløbet og iskap-
pernes udbredelse. Dette sker uafhængigt af
silikat-forvitringskredsløbet. I modsætning her-
til er det vekselvirkningen mellem CO2 i atmos-
færen, kemisk forvitring af silikatrige bjergarter
og CO2 som drivhusgas, der gennem lange geo-
logiske tidsrum stabiliserer atmosfærens CO2
indhold og jordens temperatur.
Atmosfærens indhold af CO2 falder til nul i løbet af få årmillioner, hvis dannelsen af bjergkæder forøges med 10%
- under forudsætning af, at CO2 ikke virker som en drivhusgas (optrukken kurve). Hvis CO2 virker som drivhusgas
stabiliseres CO2 indholdet på et niveau 10% lavere end i dag (stiplet kurve). Y-aksen angiver CO2 koncentrationen
som antal gange indholdet for ca. 1 milillion år siden.
Illustration: Christian J. Bjerrum, Geologisk Institut.
background image
Modellering af atmosfærens
CO
2
indhold
Efter mange års geologisk kortlægning samt da-
teringe, og geokemiske analyser af jordens bjerg-
arter har man nu en vis forståelse af, hvordan
opløft af bjergkæder, aflejring af ler og sand, og
subduktion af oceanbundsskorpe til Jordens in-
dre, har varieret gennem geologisk tid. Ligele-
des har man et godt billede af ændringen i be-
gravelse af organisk kulstof og kalk. Igennem
snart 20 år har Robert Berner fra Yale University
i USA udviklet en matematisk biogeokemisk
model til at beregne hvorledes kulstofkreds-
løbets styrende processer og pladetektoniske
ændringer påvirker koncentrationen af CO2 i at-
mosfæren. En sådan model kan bruges til at
beregne den atmosfæriske CO2 koncentration
fra 300 millioner år siden og til det `nuværende'
gennemsnitlige istidsniveau.
Beregningerne viser, at den atmosfæriske
CO2 koncentration under den store istid i Kul-
tiden for cirka 300 millioner år siden var nogen-
lunde den samme som CO2 koncentrationen
under den sidste istid. CO2 koncentrationen
nåede et højere niveau i Jura- og Kridt-tiden og
aftog til det `nuværende' istidsniveau. De be-
regnede koncentrationer følger nogenlunde
den atmosfæriske CO2 koncentration vurderet
ud fra målinger af spalteåbningers tæthed i fos-
sile blade. Dette giver en vis sikkerhed for, at de
vigtigste processer er med i modellen. Den mo-
dellerede temperaturudvikling følger, om end
ikke perfekt, temperaturen beregnet på basis af
ilt-isotoper målinger, som tidligere omtalt, i for-
bindelse med Stevns boringerne.
Drivhusklimaet i perioden lige før og under
Kridt-tiden skyldes hovedsageligt, at der blev
dannet meget få store bjergkæder og dermed
kun aflejret relativt små mængder ler og sand.
Med den matematiske model kan vi studere
indflydelsen af den pladetektoniske aktivitet på
atmosfærens CO2 koncentration. Dette gøres
ved i modellen at lade dannelsen af bjergkæder
være uændret i forhold til det nuværende ni-
veau, hvor opløft foregår i Alperne, Himalaya,
Andes og andre steder. Denne teoretiske bereg-
ning viser, at CO2 koncentrationen og tempera-
turen i Kridttiden for 100 millioner år siden kun
ville have været lidt højere end i dag, hvis den
pladetektoniske aktivitet var som i dag. Dette er
i stor kontrast til de vidnesbyrd man finder på
basis af fossile blade og andre klima-indikato-
rer. Det betyder, at atmosfærens høje indhold af
CO2 i Kridt-tiden for en stor del skyldes, at der
kun blev dannet meget få store bjergkæder.
Solaktivitet, kosmisk stråling
og skydannelse
Det er blevet foreslået, at ændringer i solakti-
vitet og kosmisk stråling har stor indflydelse på
klimaet på Jorden. Hypotesen bygger på, at kos-
misk stråling skulle påvirke skydannelsen i lav
højde på jorden. Lave skyer udstråler varme fra
jorden med en højere temperatur end høje skyer
og reflekterer dermed mere energi til verdens-
rummet. Det vil sige, at en høj grad af kosmisk
stråling kan tænkes at øge skydækket, hvilket
resulterer i afkøling af Jorden. Modsat vil en lav
grad af kosmisk stråling måske kunne resultere
i opvarmning af jorden - uafhængigt af mæng-
den af CO2 drivhusgassen i atmosfæren. Nir
Shaviv fra Israel og Jan Veizer fra Canada har på
.............................
NR. 4 2006
17
Ændringer af CO2 koncentrationen i atmosfæren, dels base-
ret på modelberegninger, dels vurderet ud fra spalteåbnin-
ger i fossile blade. Y-aksen angiver CO2 koncentrationen
som antal gange indholdet for ca. 1 million år siden.
Variationer i middeltemperaturen i troperne, dels baseret
på modelberegninger, dels vurderet på basis af δ18O-data.
Hvis dannelse af bjergkæder kunstigt sættes til i dags ni-
veau, forbliver CO2 og temperatur lave.
Illustration: Christian J. Bjerrum, Geologisk Institut.
Illustration: Christian J. Bjerrum, Geologisk Institut.
background image
basis af en model for vores solsystems passage
gennem Mælkevejens spiralarme og studier af
jernmeteoritter foreslået, at den kosmiske
stråling har varieret med en periode på 150 mil-
lioner år. Disse forskere har fundet frem til, at
der var et minimum i den kosmiske stråling for
100 millioner år siden - midt i Kridt-tiden. De
har derfor foreslået, at den lave kosmiske
stråling i Kridt-tiden førte til færre lave skyer og
dermed en varmere Jord - altså ville det varme
klima i Kridt-tiden kunne forklares uafhængigt
af atmosfærens CO2 koncentration.
Med modellen af kulstofkredsløbet kan man
beregne, hvad der sker med atmosfærens CO2
indhold, hvis kosmisk stråling dominerer klimaet
på Jorden som foreslået af Shaviv. I modellen
bidrager den ringe kosmiske stråling til høje tem-
peraturer på Jorden i Kridt-tiden. CO2 optaget fra
atmosfæren ved kemisk forvitring af silikatbjerg-
arter er derved koblet fra at kunne vekselvirke
med klimaet. Denne afkobling resulterer i, at CO2
optaget fortsætter på trods af, at CO2 koncen-
trationen falder til under halvdelen af istids-
niveauet. Så lave CO2 koncentrationer i atmos-
færen ville have været katastrofale for mange
planter. På basis af CO2 vurderingen ud fra fos-
sile blade sammenholdt med modelresultaterne
for kulstofkredsløbet er der ringe antydning af,
at kosmisk stråling kan have haft en dominerende
indflydelse på klimaet gennem skydannelse. CO2
er derfor stadig den primære kandidat som kli-
matisk styrende drivhusgas i Kridt-tiden.
Opsummering
Det er blevet beskrevet, hvordan geologer kan
rekonstruere det varme drivhusklima i Kridt-tiden,
og hvordan atmosfærens indhold af CO2 kan
vurderes ud fra geologiske data. Nogle enkelte
geologiske klimaindikatorer ud af mange er ble-
vet præsenteret. Uafhængige klimaindikatorer
giver et konsistent billede både i tid og rum.
Endvidere er der en overensstemmelse mellem
de rekonstruerede temperaturer på jorden og
indholdet af drivhusgassen CO2 i atmosfæren
igennem de sidste 300 millioner år af Jordens
historie, i overensstemmelse med matematiske
biogeokemiske modelberegninger. Det varme kli-
ma i Kridt-tiden skyldes blandt andet mindsket
bjergkædedannelse. Endelig er det demonstreret,
at det er meget lidt sandsynligt, at kosmiskstråling
har domineret Jordens klimatiske udvikling.
..............................
18
NR. 4 2006
CO2 indholdet i atmosfæren, hvis kosmisk stråling domi-
nerer klimaet. CO2 indholdet falder til meget lave værdier for
ca. 100 millioner år siden - i stærk kontrast til vurderinger
baseret på spalteåbninger i forssile blade.
Variationer i middeltemperaturen i troperne, dels baseret på
modelberegninger, dels vurderet på basis af δ18O-data. Og-
så her ses, at beregninger og vurderinger baseret på δ18O-
data ikke passer sammen hvis kosmiske stråling dominerer.
Illustration: Christian J. Bjerrum, Geologisk Institut.
Illustration: Christian J. Bjerrum, Geologisk Institut.
background image
.............................
NR. 4 2006
19
2CO
2
+ 3H
2
O + CaAl
2
Si
2
O
8
Ca
2+
+ 2HCO
3
+ Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
(A)
Ca
2+
+ 2HCO
3
CaCO
3
+ CO
2
+ H
2
O
(B)
CaCO
3
+ CO
2
+ H
2
O
Ca
2+
+ 2HCO
3
(C )
CO
2
+ 2H
2
O + CaAl
2
Si
2
O
8
CaCO
3
+ Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
(D)
CaCO
3
+ Al
2
Si
2
O
5
(OH)
4
CO
2
+ 2H
2
O + CaAl
2
Si
2
O
8
(E )
-
-
-
Forvitring af feltspat
Udfældning af kalk
Forvitring af kalk
Omdannelse af feltspat til kalk og ler
Kalk og ler omdannes til feltspat
Det geokemiske kulstofkredsløb.
Kulstofkredsløbet
CO2 kredsløbet med kilder og dræn relevante
over geologiske tidsrum på millioner af år. CO2
afgives fra vulkaner og ved pladetektonisk sty-
ret deformation af kalk, ler og organisk materiale
under bjergkædedannelse.
To molekyler CO2 optages fra luften ved ned-
brydning af silikatholdige mineraler (feltspat,
reaktion A), mens et molekyle CO2 frigives per
molekyle kalciumkarbonat (kalk), der udfældes
(reaktion B). Det betyder, at omsætningen af
feltspat til kalk og ler resulterer i et dræn af CO2
fra atmosfæren (reaktion D = reaktion A+B).
Nedbrydning af kalk optager et molekyle CO2,
mens aflejring af kalk frigiver et molekyle CO2.
Det betyder, at kalknedbrydning og efterfølgende
udfældning er CO2 neutral (reaktion B + C). CO2
kredsløbet sluttes ved, at CO2 frigives ved sam-
menpresning og opvarmning af tidligere aflejret
kalk og ler under dannelse af feltspat og andre
silikatmineraler (reaktion E).
I det organiske delkredsløb bliver organisk
materiale i sandsten og lersten iltet til CO2 og
vand under bjergarternes nedbrydning. Gennem
fotosyntese optages CO2 fra atmosfæren og
bindes i organisk materiale. Den lille mængde
organisk materiale, der undslipper nedbrydning
og begraves repræsenterer et langvarig dræn af
CO2 fra atmosfæren. Dettte CO2 kan senere
bringes til overfladen igen via pladetektoniske
processer.
Drænet af CO2 via nedbrydning af silikat-
mineraler menes at være meget vigtig, da det
stabiliserer CO2 indholdet i atmosfæren og der-
med klimaet på Jorden, fordi den kemiske reak-
tion afhænger af temperatur og planters aktivitet.
Illustration: Carsten E. Thuesen, GEUS.
Omtegnet efter Fenger 2000.
background image
Geocenter københavn
Er et formaliseret samarbejde mellem de fire selvstændige institutioner Danmarks og Grønlands Geolo-
giske Undersøgelse (GEUS) samt Geologisk Institut, Geografisk Institut og Geologisk Museum - alle tre
en del af Københavns Universitet. Geocenter København er et center for geovidenskabelig forskning,
undervisning og rådgivning på højt internationalt niveau.
udgiver
Geocenter København
Redaktion
Geoviden - Geologi og Geografi er redigeret af geolog
Ole Bennike (ansvarshavende) fra GEUS i samarbejde
med redaktionsgrupper på institutionerne.
Geoviden - Geologi og Geografi udkommer fire gange
om året og abonnement er gratis. Det kan bestilles ved
henvendelse til Finn Preben Johansen, tlf.: 38 14 29 31,
e-mail: fpj@geus.dkog på www.geocenter.dkhvor man også
kan læse den elektroniske udgave af bladet, eller hos
Geografforlaget, tlf.: 63 44 16 83, e-mail: go@geograf-
forlaget.dk
ISSN 1604-6935
(papir)
ISSN 1604-8172
(elektronisk)
Produktion: Annabeth Andersen, GEUS.
Tryk: Schultz Grafisk A/S.
Forsidebillede: Deinonychus i kridt tid.
Kilde: Reproduceret med tilladelse fra Carlsens Forlag.
Reprografisk arbejde: Benny Schark, GEUS.
Illustrationer: Forfattere og Grafisk, GEUS.
Eftertryk er tilladt med kildeangivelse.
Danmarks og Grønlands
Geologiske Undersøgelse
(GEUS)
Øster Voldgade 10
1350 København K
Tlf: 38 14 20 00
E-mail: geus@geus.dk
Geologisk Institut
Øster Voldgade 10
1350 København K
Tlf: 35 32 24 00
E-mail: info@geol.ku.dk
Geografisk Institut
Øster Voldgade 10
1350 København K
Tlf: 35 32 25 00
E-mail: info@geogr.ku.dk
Geologisk Museum
Øster Voldgade 5-7
1350 København K
Tlf: 35 32 23 45
E-mail: rcp@snm.ku.dk
her kan man læse videre
Anderberg, S. med flere 2006:
Klima, klimaproblematikken og kulstofkredsløbet.
Geoviden 2006, nr. 2.
Bjerrum, C.J. 2004:
Fortidens varme klima.
Kvant bind 15, hæfte 4, side 7-13.
DMI's hjemmeside
http://www.dmi.dk/dmi/index/viden/fk-introduktion.htm
Fenger, J. 2000:
CO
2
- Hvorfra, hvorfor, hvor meget?
TEMA-rapport fra DMU, 31/2000.
Larsen, G. (redaktør) 2006:
Naturen i Danmark - Geologien.
Gyldendal.
Sestoft, A.I.P. & Pedersen, O.S. (red.) 2005:
Geografihåndbogen.
Systime.
Grafik
© Geocenter Danmark Øster Voldgade 10, 1350 København K Tlf.: 38 14 20 00 E-mail:
Sidst ændret : Fredag 5. Jan., 2007
* Valid HTML 4.01!Valid CSS!